船舶进气装置冲击波试验

为评估船舶进气装置承受爆炸冲击波的能力,进行冲击波试验研究。通过对比各爆室的不同装药量,发现冲击波超压峰值与爆室1的装药量成正比关系;冲击波波形与爆室2~爆室7的装药量有关,爆室2的装药量决定了冲击波的完整性。通过分析试验数据,结果表明:爆炸冲击波的冲击波冲量最大值滞后于冲击波超压峰值的最大值;进气装置可以承受超压峰值84.45 k Pa爆炸冲击波产生的15 260.84 k Pa·ms冲击波冲量的作用力。     

船舶进气装置冲击波数值模拟

为确定船舶进气装置承受冲击波的能力,建立二维有限元模型。通过采用AUTODYN程序对进气装置在冲击波载荷作用下的受力情况进行理论分析,得到爆炸冲击波对进气装置的冲击作用力,表明船舷侧的百叶窗式格栅对冲击波有明显的衰减作用。     

内爆下爆距对舱壁变形挠度影响的数值模拟研究

为了研究舱内爆炸时爆距的改变对远爆端和近爆端舱壁变形挠度的影响,运用有限元分析软件建立舱室内爆的仿真模型,分析了爆距变化后舱壁的变形情况及非舱室中心爆炸时舱内冲击波的分布及压力的作用情况。结果表明,在爆距比L_1/L_21时,远端舱壁的变形挠度总大于近端舱壁,两舱壁的变形挠度差随L_1/L_2的增大而增大。当爆距L1增大时,远端舱壁的变形挠度基本呈线性增加,挠度增量约为爆距增量的11%,而近端舱壁的挠度变化不明显;当爆距比L_1/L_21时,舱内爆炸后作用于远端舱壁的冲击波为初始冲击波与来自近端舱壁及四周刚性舱壁的反射冲击波相互作用而形成的叠加波。远端舱壁的冲量总大于近端舱壁的冲量,且两侧舱壁的冲量差值随着L_1/L_2的增大近线性增加。结果可为内爆下舱壁的防护研究提供一定的参考。     

水下爆炸冲击波和气泡脉动的数值模拟研究

运用AUTODYN程序对水下爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟研究.首先模拟了无限水域中的水下爆炸冲击波,然后将深水爆炸简化为一维问题,采用一维方法对深水爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟,并将模拟结果与经验公式和实验结果进行了比较.模拟结果表明,AUTODYN能准确模拟近场水下爆炸冲击波和深水爆炸气泡脉动过程,计算得到的近场水下爆炸冲击波峰值压力和比冲量、水质点速度、气泡最大半径、脉动周期、二次压力波的峰值压力和比冲量等特性参数均与经验公式、理论公式和实验结果吻合良好.远场的冲击波峰值压力的计算值小于经验值,而且计算误差随着爆距的增加而增大.最后总结了模拟结果,得出了对工程应用有益的结论.     

冲击波作用下变形圆板表面载荷研究

为了能够快速确定爆炸冲击波作用下变形圆板表面的载荷大小,首先,通过数值模拟方法探究了爆炸冲击波与固支圆板的相互作用过程,获取了变形圆板表面爆炸载荷的分布规律。然后,引入量纲分析,探究了圆板半径、厚度、爆心距圆板的距离、目标点距圆心的距离以及TNT当量等因素对变形圆板表面爆炸载荷的影响。最后,结合数值仿真和量纲分析,推导了变形圆板表面任意一点处爆炸载荷（最大冲量）的计算公式。结果表明,在变形圆板表面,爆炸载荷的分布非均匀,圆板中部压力峰值和冲量较边缘高;推导的公式能够较好快速计算出圆板表面载荷。研究结果可为相关防护结构设计和安全评估提供快速简单的参数输入。     

舱内爆炸作用下固支方板的变形与破坏模式

舱内爆炸与自由场爆炸载荷特点明显不同,威力比同等当量下的自由场爆炸大得多.本研究制作了内爆炸载荷发生装置,开展了不同方板在舱内爆炸作用下的动态响应与损伤特性试验,对比了舱内爆炸载荷特点、板的塑性变形、板的损伤特点,讨论了无量纲数的适用性.研究表明:(1)舱内爆炸作用下角隅处的冲击波压力峰值明显大于其他区域,但各测点的冲量趋于一致;(2)炸药相对泄爆孔位置的不同,主要通过影响准静态压力改变方板的变形,初始冲击波的影响相对较小;(3)舱内爆炸作用下固支方板的破坏模式主要为Ⅰ类破坏和Ⅱ类破坏,即整体大塑性变形破坏和边缘拉伸失效.     

后燃烧效应对约束空间内爆炸载荷的影响规律

[目的]为了研究后燃烧效应对约束空间内炸药爆炸载荷的影响规律,[方法]将反应率模型耦合到可压缩欧拉方程中,并以源项的方式进行后燃烧能量的添加。采用五阶WENO有限差分格式和三阶TVD-RK格式对耦合方程空间项和时间项进行离散求解,自主编写约束空间内炸药爆炸后燃烧过程的二维数值计算程序。基于自主程序开展不同工况下内爆炸后燃烧效应数值计算,探讨内爆炸过程中反应速率及后燃烧能量大小对爆炸载荷的影响规律。[结果]研究表明:在后燃烧能量大小一定的情况下,反应速率常数增大时,冲击波到达时间提前,冲击波峰值、冲量均增大,准静态超压峰值保持不变;在反应速率常数一定的情况下,随着后燃烧能量的增大,冲击波峰值、冲量及准静态超压峰值均增大;后燃烧能量的加入能显著增强爆炸载荷强度。[结论]研究成果可为抗爆结构设计及毁伤评估提供一定的参考和指导。     

抛石基床水下爆破夯实的振动冲击监测与分析

针对港口码头抛石基床水下爆破夯实过程中的振动冲击问题,结合威海港国际客运码头工程实例,对基床爆夯产生的水中冲击波超压与质点爆破振动速度进行监测。通过对比,分析水中冲击波超压监测值小于经验公式计算值、水平径向质点振动速度监测值大于经验公式计算值的原因,研究水中冲击波超压与爆破地震波对临近已建成码头的作用和影响,利用监测数据拟合得到可供类似工程参考使用的水中冲击波超压经验公式,可为基床爆夯施工的安全技术工作提供参考。     

爆炸冲击波隔离防护装置的试验及研究

爆炸发生后的瞬间,其中心的超高压空气团扩散,猛烈冲击其周围的介质形成爆炸冲击波,这种爆炸冲击波对舰船外部及内部通风设施具有强大的破坏力和杀伤力。本文通过对爆炸冲击波作用原理的研究,提出舰船集体防护系统滤毒通风装置前实现爆炸冲击波防护的解决方案,研制成功了能瞬间快速关闭的通风阀门(HFB系列抗冲击波阀),能够有效隔离冲击波的进入,保证滤毒通风装置不被破坏。产品经过大量的模拟冲击波试验验证,满足了滤毒通风装置对爆炸冲击波的隔离要求。     

基于SPH方法的浅水爆炸研究

通过SPH方法,利用Fortran编程,首先对自由场中装药爆炸进行模拟,将结果与经验公式对比,验证Fortran程序的有效性和正确性。然后对浅水爆炸问题进行数值模拟,再现浅水爆炸的基本物理现象,研究浅水爆炸相对于无限水域爆炸所独有的压力和冲量特性;通过对浅水爆炸不同参数的研究,给出了不同爆深对压力和冲量的影响,分析水底泥沙密度对冲击波压力的影响,给出不同泥沙密度下浅水中压力的变化规律。研究表明,浅水爆炸同时受到水面和水底的作用,水面效应使压力曲线产生截断效应,底部效应会增加压力脉宽。随着爆深的增大,压力曲线逐渐由削弱峰值、削弱脉宽过渡为增大峰值、增大脉宽,冲量逐渐增大,水冢逐渐减小;随着泥沙密度的增加,浅水中压力峰值增大,作用脉宽也增大,直达波、水面反射波以及水底反射波的相互作用更加明显。本文研究旨在揭示上述问题的作用机理,总结规律性结论,为舰船水下爆炸结构响应预报和舰船结构的防护设计提供参考。     

防护装置粘接强度对爆炸切割冲击波的影响

为了提升爆炸切割过程中防护装置的防护能力,从防护装置与待防护结构的接触着手,采用胶粘的方式来固定防护装置.利用Ansys/Ls-dyna软件对不同粘接强度的防护装置进行防护仿真,采用TIEBREAK关键字模拟防护装置与有机玻璃板的粘接过程,并设置不同的失效应力来模拟不同粘接剂的粘接情况.结果表明,提高关键字中的失效应力,使得冲击波超压峰值降低了 35.2％.但当失效应力达到一定数值后,继续提高失效应力,防护效果提升不明显,冲击波超压峰值最多降低了 39.4％.     

水下爆炸载荷特性数值计算方法

为了更好地研究水下爆炸冲击载荷,通过数值模拟的方式模拟水下爆炸过程中产生的爆炸冲击波和气泡脉动2种原生载荷。运用有限元软件AUTODYN建立一维炸药-水域模型模拟炸药爆炸产生的爆炸载荷,通过对比经验公式对有限元模型可靠性进行验证,计算结果与经验公式误差不超过15%。同时研究了爆距、炸药当量和水深等变量对水下爆炸冲击波以及气泡脉动的影响。     

WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律研究

舰船舱室内爆炸载荷主要包含瞬态多峰值冲击波和持续时间较长的准静态超压,为了研究WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律,基于Fortran平台,采用3阶、5阶、7阶WENO有限差分格式,开发了高精度舱室内爆炸载荷三维数值计算程序。采用Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用等经典算例初步考察了各数值格式的计算性能。开展了封闭舱室、泄压舱室内爆炸载荷数值计算,探讨了WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律。研究表明:WENO格式精度对舱室内爆炸冲击波载荷影响较大,对舱室内爆炸准静态超压载荷影响较小。     

基于AUTODYN的水下爆炸冲击波模拟研究

为提高水下爆炸冲击波的模拟精度,基于AUTODYN程序,采用数值模拟和实验研究相结合的方法,研究了网格密度、状态方程等对数值模拟结果的影响.发现要同时获得较好精度的压力和冲量模拟结果需要设置较高的网格密度;而状态方程的不同也有影响,计算结果表明,相对于多项式状态方程,SHOCK状态方程模拟中远场冲击波时更为准确.基于上述研究结果,通过设置较高的网格密度并利用SHOCK状态方程模拟了实验室小水池水下爆炸的冲击波传播情况,发现无论是峰值压力还是压力衰减趋势的模拟结果都和实验相符,说明了AUTODYN模拟冲击波传播的精确性.     

等体积比水雾对冲击波衰减规律研究

为分析水雾对爆炸冲击波的耗散与衰减作用,通过有限元分析方法,在单层网格内建立冲击波作用于同体积比不同尺寸分布的液滴模型,对液滴阻碍冲击波作用的规律进行分析总结,得到结论如下:液滴的存在对冲击波有一定的削弱作用,且在液滴总体积比相同条件下,液滴数目多的工况比冲量衰减更大,可知分散的小液滴对冲击波的衰减作用强于集中的大液滴.0.1 kgTNT在0.2 m爆距产生的冲击波在二维模型中,液滴体积比为2.21×10–3时液滴直径为0.866 mm时冲击波衰减2.06%,液滴直径为0.500 mm时冲击波衰减3.14%,液滴直径为0.354 mm时衰减3.39%.     

炸药背基对爆炸冲击载荷的影响分析

针对一固支方板结构建立自由场爆炸和背基爆炸2种计算模型,通过改变炸药质量和相对爆距等参数,对比不同工况下2种爆炸模型中目标方板所受到的爆炸冲量,结果表明,与自由场爆炸相比,背基爆炸的爆炸冲量会显著增强。冲量增强因子仅与相对爆距有关,与炸药质量无关。当相对爆距增大时,冲量增强因子先随其增大而减小,当相对爆距超过一个临界值后,冲量增强因子为一定值。根据计算结果,提出冲量增强因子的经验计算公式,以方便工程应用。     

水幕衰减爆炸冲击波数值研究

舰船上发生爆炸时,将对舱室设备、舰上人员造成严重伤害,在舱室内喷洒细水雾形成水幕是冲击波防护的有效措施之一。为了分析水幕对爆炸冲击波的衰减作用,建立冲击波在布置有水幕的舱室中传播的模型,采用Eulerian-Lagrangian方法描述冲击波与水雾颗粒的两相流动,考虑液滴碰撞、破碎、蒸发等因素的影响。计算结果表明,水幕可有效衰减冲击波的超压峰值,并对波后气体有明显的降温效果。     

战斗部近距爆炸舰船舱壁破口尺寸计算方法

利用能量守恒和动量定理,通过计算靶板塑性变形挠度,以极限塑性应变为准则,建立了爆炸冲击波载荷作用下舱壁结构中心区域破口尺寸的计算方法,并开展了近距离空爆模型试验。试验结果表明,本文建立的计算方法具有一定准确性,理论计算结果与本文试验结果相对误差为14.2%,与参考文献试验结果对比误差为10.9%,可对舱壁结构在爆炸冲击波作用下产生的破口尺寸进行快速估算。     

等体积比水雾对冲击波衰减规律研究

为分析水雾对爆炸冲击波的耗散与衰减作用,通过有限元分析方法,在单层网格内建立冲击波作用于同体积比不同尺寸分布的液滴模型,对液滴阻碍冲击波作用的规律进行分析总结,得到结论如下:液滴的存在对冲击波有一定的削弱作用,且在液滴总体积比相同条件下,液滴数目多的工况比冲量衰减更大,可知分散的小液滴对冲击波的衰减作用强于集中的大液滴。0.1 kg TNT在0.2 m爆距产生的冲击波在二维模型中,液滴体积比为2.21×10~(–3)时液滴直径为0.866 mm时冲击波衰减2.06%,液滴直径为0.500 mm时冲击波衰减3.14%,液滴直径为0.354 mm时衰减3.39%。     

非药式水下爆炸冲击波特性数值模拟研究

非药式水下爆炸冲击波模拟实验可以克服炸药式水下爆炸耗费大、危险性高等困难,对研究水下爆炸冲击波载荷作用下舰艇的动态响应与损伤具有重要意义。本文运用实验与仿真相结合的方法对非药式水下爆炸冲击波特性进行了研究,分析了不同飞片质量、速度及活塞质量对冲击波载荷强度和衰减时间常数的影响规律,建立了预测非药式水下爆炸冲击波初始峰值和初始冲击波衰减时间常数的经验公式。结果表明：水下爆炸初始冲击波峰值与飞片的初始撞击速度成正比,与飞片及活塞的质量无关。初始冲击波的衰减时间常数仅随飞片和活塞质量的改变而改变,飞片的初始撞击速度对其无显著影响。